Een fotodiode is een halfgeleiderapparaat dat licht omzet in elektrische stroom. Het werkt in de omgekeerde voorspanningsmodus, waarbij wanneer lichtfotonen de diode raken, ze elektron-gatparen genereren in het uitputtingsgebied van de halfgeleider. Hierdoor ontstaat een stroom die evenredig is met de intensiteit van het invallende licht. Fotodiodes worden veelvuldig gebruikt in toepassingen zoals optische communicatie, lichtdetectie, fotometrie en beeldvorming, waarbij hun gevoeligheid voor licht nauwkeurige detectie en meting mogelijk maakt.
Een fotodiode is speciaal ontworpen om lichtfotonen te detecteren en erop te reageren. Het verschilt van een gewone diode doordat hij is geoptimaliseerd voor lichtabsorptie in plaats van stroomrectificatie. Wanneer fotonen met voldoende energie het halfgeleidermateriaal van de fotodiode treffen, creëren ze elektron-gatparen die bijdragen aan een elektrische stroom. Dankzij dit proces kunnen fotodiodes optische signalen omzetten in elektrische signalen, waardoor ze essentiële componenten worden in lichtdetectie- en optische communicatiesystemen.
Het principe van een fotodiode is gebaseerd op het foto-elektrisch effect, waarbij invallende fotonen met voldoende energie elektronen uit de valentieband exciteren naar de geleidingsband van het halfgeleidermateriaal. Dit genereert elektron-gatparen binnen het uitputtingsgebied van de fotodiode, wat resulteert in een stroom wanneer de diode in tegengestelde richting is voorgespannen. De hoeveelheid geproduceerde stroom is direct evenredig met de intensiteit van het invallende licht, waardoor fotodiodes in verschillende toepassingen nauwkeurig lichtniveaus kunnen detecteren en kwantificeren.
Het belangrijkste verschil tussen een normale diode en een fotodiode ligt in de beoogde functies en werkingsprincipes. Een normale diode, zoals een silicium- of germaniumdiode, wordt voornamelijk gebruikt voor het gelijkrichten van wisselstroom (AC) in gelijkstroom (DC) en het blokkeren van de stroom in de omgekeerde richting wanneer deze voorwaarts is voorgespannen. Een fotodiode is daarentegen specifiek ontworpen om te reageren op lichtfotonen door optische energie om te zetten in elektrische stroom. Fotodiodes zijn geconstrueerd met materialen en doteringsprofielen die zijn geoptimaliseerd voor lichtgevoeligheid, terwijl normale diodes zijn geoptimaliseerd voor elektronische gelijkricht- en schakeltoepassingen.
Een lichtemitterende diode (LED) en een fotodiode zijn beide halfgeleiderapparaten met verschillende functies en werkingsprincipes. Een LED straalt licht uit wanneer hij voorwaarts gericht is, waardoor elektrische energie wordt omgezet in fotonen. Een fotodiode daarentegen detecteert licht en zet fotonen om in elektrische stroom wanneer deze in tegengestelde richting wordt voorgespannen. Hoewel beide apparaten zijn gemaakt van vergelijkbare halfgeleidermaterialen, zijn hun constructies en doteringsprofielen anders geoptimaliseerd: LED’s zijn ontworpen om de lichtemissie-efficiëntie te optimaliseren, terwijl fotodiodes zijn geoptimaliseerd voor de lichtdetectiegevoeligheid. Deze verschillen maken LED’s geschikt voor beeldschermen, indicatoren en verlichtingstoepassingen, terwijl fotodiodes essentieel zijn voor lichtdetectie, optische communicatie en beeldvormingstoepassingen waarbij nauwkeurige lichtdetectie van cruciaal belang is.